CCS, CCUS EP3 – Reservoir Engineering

• Facebook
• Twitter
• Line

CCS, CCUS EP3 – Reservoir Engineering – ตอนที่ 3 อนาคตเทคโนโลยี CCS, CCUS กับพื้นฐานวิศวกรรมแหล่งกักเก็บ (reservoir engineering)

จากตอนที่แล้วเราได้รู้จักกับคุณสมบัติหินที่สำคัญไปแล้ว 2 ตัวคือ porosity (Phi, ) กับ permeability (k) ในตอนนี้เราจะมาลงรายละเอียดกันยิ่งขึ้นสำหรับกลไกการไหลภายในหินหรือการไหลภายในรูพรุน (flow in porous media)

CCS CCUS EP2 – Petrophysics properties

CCS, CCUS EP3 – Reservoir Engineering

จากในตอนที่ผมอธิบายการเกิดหินตะกอน ผมได้กล่าวถึงว่าในธรรมชาติรูพรุนพวกนี้จะถูกแทนที่ด้วยน้ำทั้งหมด (กรณีปกติ) หรืออาจมีน้ำมันดิบ หรือก๊าซบางชนิดอาศัยอยู่บ้างตามสภาพแวดล้อมที่มันตกตะกอน (deposit environment)

ซึ่งสิ่งที่ที่อยู่ภายในช่องว่างของหินเหล่านั้นแหละครับเราจะมองเป็น สัดส่วนเปอร์เซ็นต์ (fraction %)

ในวงการเราจะเรียกกันว่า ค่าการอิ่มตัวของของเหลวชนิดนั้นในรูพรุน (โคตรยาว 55) เรียกสั้นๆ ทับศัพท์ว่า Saturation (S) เช่นหินที่มีน้ำในรูพรุน 100% ก็คือหินอุ้มน้ำ (Sw = 1 หรือ 100%) หรือ มีน้ำมันดิบเป็นองค์ประกอบ 30% น้ำ 70% (Sw = 0.7, So = 0.3)
อ่านแบบเอามันส์ลงรายละเอียดที่มาที่ไปการวัดจากกระทู้ของลุงนกได้ที่ คลิ๊ก

ในการอัดก๊าซ CO₂ ลงไปในแหล่งกักเก็บจะมีพื้นฐานมาจากกลไกการไหลในแหล่งกักเก็บ 2 กลไกสำหรับของไหลในรูพรุน 2 กลไกหลักมาอธิบายครับคือ

1. Drainage (เดรนเนจ) มันคือกลไกที่ CO₂ ไหลเข้าไปแทนที่น้ำในพรุนของหินในแหล่งกักเก็บโดยการไปไล่มันออกจากบ้านมันซะ ตามรูปด้านล่างสเต็ปที่ 2
2. Imbibition (อิมบิบิชั่น) มันกลไกที่เจ้าบ้าน (น้ำ) ไหลดันกลับเข้ามาไล่ CO₂ ให้ออกไปซะตามรูปด้านล่างในสเต็ปที่ 3

อ้างอิง: sccs.stanford.edu/sites/g/files/sbiybj17761/files/media/file/1-s2.0-s1750583615001486-main_0.pdf

ซึ่งไกเหล่านี้จะเกิดขึ้นเป็นวัฏจักรไม่จบไม่สิ้นตราบใดที่ยังมีอิทธิพลจากแรงที่ทำให้เกิดการไหลของ CO₂ อยู่เช่นแรงดันจากกันหลุม (BHP) ดัน CO₂ ให้ไหลเข้าไปแหล่งกักเก็บ แรงลอยตัวของ CO₂ ที่เกิดจากความแตกต่างของความหนาแน่นก๊าซกับน้ำในการพา CO₂ ให้ไหลขึ้นไปกองกันอยู่ที่ชั้นหินปิดกั้น (cap rock) ซึ่งเมื่อ CO₂ ไหลออกไปตามรูพรุนที่เชื่อมต่อกันน้ำก็ไหลกลับเข้ามาแทนที่ทันที

หากคุณจินตนาการภาพไม่ออก ผมแนะนำให้คุณสามารถทดลองกันเองที่บ้านได้ง่ายๆ ครับ ขอแค่คุณมีอุปกรณ์ 2 ชั้นคือ ฟองน้ำล้างจานหรือล้างรถ กับ กาละมังใส่น้ำมาให้เต็มหรือท่วมฟองน้ำมาก็พอ

ฟองน้ำล้างจานหรือล้างรถเรานี่แหละจะทำหน้าที่เป็นก้อนหินเนื่องจากมีคุณสมบัติที่คล้ายกันมากๆ เพราะมีรูพรุน และรูพรุนเหล่านี้มันต่อกันซะด้วย 55

เครดิตภาพไม่มีเพราะผมใช้ google gemini gen รูปภาพมาให้ชม

ขั้นแรก ให้คุณเติมน้ำใส่กาลามังให้พอท่วมฟองน้ำหรือให้เต็ม จากนั้น ให้คุณสังเกตฟองน้ำตอนแรกก่อนเอาลงไปจุ่มในน้ำ จะเห็นว่าฟองน้ำมีอากาศอยู่เต็มฟองน้ำในกรณีที่ฟองน้ำแห้ง ซึ่งตอนนี้ฟองน้ำจะมี Sg = 1 คือมีอากาศ 100% นั้นเอง

จากนั้นให้คุณน้ำฟองน้ำไปแช่น้ำ ค่อยๆ กดให้ฟองน้ำดูดน้ำเข้าไป จะทำให้ฟองอากาศลอยขึ้นบนผิวน้ำตามรูปด้านล่างครับ

จากขั้นตอนนี้คุณจะเห็นว่าน้ำค่อยๆ เข้ามาไล่อากาศออกจากรูพรุน ซึ่งถ้าเปรียบเทียบมันคือสเต็ปการ Imbibition ที่ผมได้อธิบายไปก่อนหน้าแค่สลับกันเพราะฟองน้ำแห้ง

จากนั้นฟองน้ำมี Saturation ของน้ำ หรือ Sw เกือบจะ 100% แหละมี Sg เหลืออยู่บ้างเล็กน้อย

หากคุณอยากเห็นสเต็ปการทำ drainage คุณก็แค่ยกฟองน้ำออกมาแล้วใช้มือคุณบีบครั้นไล่น้ำออกมาก็แค่นั้นตามรูปด้านล่างซ้าย คุณก็จะเห็นอากาศเข้ากลับไปแทนที่น้ำแค่นั้นเองเลยครับ ตามรูปด้านล่างขวา

ซึ่งเปรียบเสมือนตอนที่คุณจะอัด CO₂ เข้าไปในแหล่งกักเก็บ CO₂ ก็จะใช้แรงอัดจาก injector ผ่าน casing ลงมาสู่ก้นหลุมกับผิวของชั้นหินที่คุณไป perforate (เจาะด้วยระเบิด – พ่อน้องเฟิร์นและน้องภัทร) ไว้นั้นเองครับ

เห็นไหมครับ พื้นฐานวิศวกรรมแหล่งกักเก็บง่ายๆ จากที่บ้าน 555

ในตอนหน้าผมจะมาพูดเรื่องประเภทของแหล่งกักเก็บอื่นๆ ในงานระบบการเก็บใต้ภิภพ (Underground storage system: UGS) ซึ่งจะแตกแขนงไปอีก 2 งานทั้ง natural gas กับ hydrogen เองก็ดี ไม่ได้มีเฉพาะแค่ CO₂ เท่านั้นที่เค้าเก็บกันนะครับ อิอิ

ตอนต่อจากนั้นผมจะพาวนกลับไปรู้จักการอัด CO₂ ลงไปในแหล่งกักเก็บของเราว่าเค้าอัดกันในสถานะไหน เพื่อน คนคุย หรือ คนที่เค้าไม่รัก T^T

จากนั้นผมจะพาไปเจาะลึกถึงกลไก 4 สเต็ปหลักในการกักเก็บ CO₂ สำหรับแหล่งที่ใช้ชั้นหินที่มีรูพรุนในการกักเก็บ รอติดตามกันนะครับผม

Nautilus (Tuna) – nattirut.ys@gmail.com

Special thanks to PEwoF team

CCS, CCUS EP4 Reservoir Engineering ep2

---

• Facebook
• Twitter
• Line